﻿/********************************************************
 *  ██████╗  ██████╗████████╗██╗
 * ██╔════╝ ██╔════╝╚══██╔══╝██║
 * ██║  ███╗██║        ██║   ██║
 * ██║   ██║██║        ██║   ██║
 * ╚██████╔╝╚██████╗   ██║   ███████╗
 *  ╚═════╝  ╚═════╝   ╚═╝   ╚══════╝
 * Geophysical Computational Tools & Library (GCTL)
 *
 * Copyright (c) 2023  Yi Zhang (yizhang-geo@zju.edu.cn)
 *
 * GCTL is distributed under a dual licensing scheme. You can redistribute 
 * it and/or modify it under the terms of the GNU Lesser General Public 
 * License as published by the Free Software Foundation, either version 2 
 * of the License, or (at your option) any later version. You should have 
 * received a copy of the GNU Lesser General Public License along with this 
 * program. If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
 * 
 * If the terms and conditions of the LGPL v.2. would prevent you from using 
 * the GCTL, please consider the option to obtain a commercial license for a 
 * fee. These licenses are offered by the GCTL's original author. As a rule, 
 * licenses are provided "as-is", unlimited in time for a one time fee. Please 
 * send corresponding requests to: yizhang-geo@zju.edu.cn. Please do not forget 
 * to include some description of your company and the realm of its activities. 
 * Also add information on how to contact you by electronic and paper mail.
 ******************************************************/

#ifndef _GCTL_GEOMETRY2D_H
#define _GCTL_GEOMETRY2D_H

// library's head files
#include "../core/array.h"
#include "../algorithm.h"

#include "triangle2d.h"
#include "triangle2d2o.h"
#include "edge2d.h"
#include "rectangle2d.h"

namespace gctl
{
	namespace geometry2d
	{
		/**
		 * @brief      计算点t是否在直线ab上
		 *
		 * @param[in]  a    点a
		 * @param[in]  b    点b
		 * @param[in]  t    待检测点t
		 * @param[in]  cut_off  检测精度
		 *
		 * @return     点t是否在直线ab上
		 */
		bool collinear(const point2dc &a, const point2dc &b, const point2dc &t, 
			double cut_off = GCTL_ZERO);

		/**
		 * @brief      计算直线（射线）外一点在线上的投影点
		 * 
		 * @note。     射线方向为 p1->p2
		 *
		 * @param[in]  p1     直线（射线）上的第一点
		 * @param[in]  p2     直线（射线）上的第二点
		 * @param[in]  out_p  线外的一点
		 * @param      on_p   out_p 在线上的投影点
		 *
		 * @return     投影点在射线的负方向为假，否则为真
		 */
		bool dot_on_line(const point2dc &p1, const point2dc &p2, const point2dc &out_p, point2dc &on_p);

		// 求两条直线的交点。

		/**
		 * @brief      求两条直线的交点
		 * 
		 * @note       如果两条直线平行则无交点，out值将无变化
		 *
		 * @param[in]  l1_p1  直线1上的第一点
		 * @param[in]  l1_p2  直线1上的第二点
		 * @param[in]  l2_p1  直线2上的第一点
		 * @param[in]  l2_p2  直线2上的第二点
		 * @param      out    交点
		 */
		void line_intersect(const point2dc &l1_p1, const point2dc &l1_p2, const point2dc &l2_p1, const point2dc &l2_p2, point2dc &out);

		/**
		 * @brief      求两条直线的交点。
		 *
		 * @param[in]  l1_p1  直线1上的第一个点
		 * @param[in]  l1_p2  直线1上的第二个点
		 * @param[in]  l2_p1  直线2上的第一个点
		 * @param[in]  l2_p2  直线2上的第二个点
		 *
		 * @return     交点坐标，如果两条直线平行则返回(NaN, NaN)
		 */
		point2dc line_intersect(const point2dc &l1_p1, const point2dc &l1_p2, 
			const point2dc &l2_p1, const point2dc &l2_p2);

		/**
		 * @brief      计算三角形内一点到三条边的垂线将三角形分割所得的三个菱形区域的面积
		 * 
		 * @param t_p1 三角形的顶点1
		 * @param t_p2 三角形的顶点2
		 * @param t_p3 三角形的顶点3
		 * @param in_p 三角形内的一点
		 * @param a1   顶点1所在的菱形区域的面积
		 * @param a2   顶点2所在的菱形区域的面积
		 * @param a3   顶点3所在的菱形区域的面积
		 */
		void tri_split_area(const point2dc &t_p1, const point2dc &t_p2, const point2dc &t_p3, const point2dc &in_p, 
			double &a1, double &a2, double &a3);

		/**
		 * @brief      距离反比形式的三角形内插值函数
		 *
		 * @param[in]  p     待插值点坐标
		 * @param[in]  p1    三角形顶点坐标1
		 * @param[in]  p2    三角形顶点坐标2
		 * @param[in]  p3    三角形顶点坐标3
		 * @param[in]  d1    顶点1的值
		 * @param[in]  d2    顶点2的值
		 * @param[in]  d3    顶点3的值
		 * @param[in]  w     距离反比阶次，默认为2
		 *
		 * @return     插值点的值
		 */
		double tri_interp_dist(const point2dc &p, const point2dc &p1, const point2dc &p2, 
			const point2dc &p3, double d1, double d2, double d3, double w = 2.0);

		/**
		 * @brief      细分三角形面积比形式的三角形内插值函数
		 *
		 * @param[in]  p     待插值点坐标
		 * @param[in]  p1    三角形顶点坐标1
		 * @param[in]  p2    三角形顶点坐标2
		 * @param[in]  p3    三角形顶点坐标3
		 * @param[in]  d1    顶点1的值
		 * @param[in]  d2    顶点2的值
		 * @param[in]  d3    顶点3的值
		 *
		 * @return     插值点的值
		 */
		double tri_interp_area(const point2dc &p, const point2dc &p1, const point2dc &p2, 
			const point2dc &p3, double d1, double d2, double d3);

		/**
		 * @brief      利用平面方程计算二维坐标上三点数据所确定的方向导数
		 * 
		 * @param p1   三角形顶点坐标1
		 * @param p2   三角形顶点坐标2
		 * @param p3   三角形顶点坐标3
		 * @param d1   顶点1的值
		 * @param d2   顶点2的值
		 * @param d3   顶点3的值
		 * @param dx   计算所得的x方向导数
		 * @param dy   计算所得的y方向导数
		 */
		void tri_plane_gradient(const point2dc &p1, const point2dc &p2, const point2dc &p3, 
			const double &d1, const double &d2, const double &d3, double &dx, double &dy);

		/**
		 * @brief      判断一个点是否在三角形内（二维）
		 *
		 * @param      test_p  待检测点
		 * @param      p1      三角形的第一个点
		 * @param      p2      三角形的第二个点
		 * @param      p3      三角形的第三个点
		 *
		 * @return     待检测点是否在三角形内
		 */
		bool node_in_triangle(const point2dc &test_p, const point2dc &p1, 
			const point2dc &p2, const point2dc &p3, bool on_boundary = true);

		/**
		 * @brief      判断一个点是否在多边形内
		 *
		 * @param[in]  poly_ps  多边形的边数组
		 * @param[in]  one_p    待检测点
		 * @param      on_boundary 是否包含点落在多边形边上的情况
		 *
		 * @return     在多边形为真，否则返回假
		 */
		bool node_in_polygon(const array<point2dc> &poly_ps, const point2dc &one_p, bool on_boundary = true);

		/**
		 * @brief      Get common edges of a triangular mesh.
		 *
		 * @param[in]  input_ele  The input elements
		 * @param      out_edge   The output edges
		 */
		void get_common_edges(const array<triangle2d> &input_ele, array<edge2d> &out_edge);

		/**
		 * @brief      Get number of vertex of a group of triangles
		 *
		 * @param[in]  input_ele  The input elements
		 *
		 * @return     Number of vertex
		 */
		int sort_node_number(const array<triangle2d> &input_ele);

		/**
		 * @brief      Sort triangular neighbors for the mesh's vertex
		 *
		 * @param[in]  input_ele       The input element
		 * @param      out_node_neigh  The output node's neighbors of triangle
		 */
		void sort_node_neighbor(const array<triangle2d> &input_ele, std::vector<std::vector<triangle2d*> > &out_node_neigh, int node_num);

		/**
		 * @brief      Sort neighbors for triangle elements
		 *
		 * @param[in]  input_ele  The input elements
		 */
		void sort_triangle_neighbor(array<triangle2d> &input_ele, const std::vector<std::vector<triangle2d*> > &node_neighs);

		/**
		 * @brief      将随机位置的平面数据以距离平方反比的方式插值到输出节点位置上
		 * 
		 * @note       此函数的搜索区域形状为椭圆 适合用于二维直角坐标系下的数据规则化或者切割剖面等
		 *
		 * @param      out_posi      输出顶点位置指针
		 * @param[in]  out_num       输出顶点个数
		 * @param      in_posi       输入数据的位置指针
		 * @param      in_val        输入数据的数值指针
		 * @param[in]  in_num        输入数据的个数
		 * @param[in]  search_xlen   搜索椭圆的x轴长度
		 * @param[in]  search_ylen   搜索椭圆的y轴长度
		 * @param[in]  search_deg    搜索椭圆绕中心逆时针旋转的角度
		 *
		 * @return     规则节点位置的数值 排列顺序从左下上右上
		 */
		array<double> *p2p_dist_2d(point2dc * out_posi, int out_num, point2dc *in_posi, double *in_val, 
			int in_num, double search_xlen, double search_ylen, double search_deg);

		/**
		 * @brief      使用直线切割二维三角网络
		 * 
		 * @note       直线左侧的网络将被保留，直线的方向为p12的射线方向
		 *
		 * @param[in]  in_eles    输入的二维三角形数组（一般为成片的三角网）
		 * @param[in]  p1         直线上的第一点
		 * @param[in]  p2         直线上的第二点
		 * @param      out_nodes  切割后的新网络顶点集
		 * @param      out_eles   切割后的新网络三角形元素集
		 */
		void cut_triangular_mesh_2d(const array<triangle2d> &in_eles, const point2dc &p1, const point2dc &p2, 
			array<vertex2dc> &out_nodes, array<triangle2d> &out_eles);

		/**
		 * @brief      提取二维三角网络的自网络（一部分）
		 *
		 * @param[in]  in_eles    输入的二维三角形数组（一般为成片的三角网
		 * @param[in]  out_list   长度等于三角形个数的布尔数组，元素为真则相应的三角形将被提取
		 * @param      out_nodes  提取后的新网络顶点集
		 * @param      out_eles   提取后的新网络三角形元素集
		 */
		void extract_triangular_mesh_2d(const array<triangle2d> &in_eles, const array<bool> &out_list, 
			array<vertex2dc> &out_nodes, array<triangle2d> &out_eles);
	}
}
#endif // _GCTL_GEOMETRY2D_H